[实用新型]高纯石英砂连续高温气固反应装置

说明书

技术领域

本实用新型属于高纯石英砂制备技术领域，具体为高纯石英砂连续高温气固反应装置。 

背景技术

气态原料与固态原料之间的反应不管是在实验室还是在工业生产中都是一种比较常见的化学反应，气固反应的效率（或速度）及其效果除与原料性质、反应物的配比等内因相关外，还与反应温度、反应时间以及原料的混合或接触程度等外因密切相关。 

高纯石英砂是目前生产高品质石英玻璃的唯一原料，石英玻璃以其独特的高温热稳定性（如1200°C直接水冷玻璃不爆裂）、优异的光学性能及超强的机械和化学性能，而广泛应用于电子工业、半导体、太阳能、激光及航空航天等高新技术领域。随着高科技领域对高品质石英玻璃需求的不断增加，对高纯石英砂的产量和品质提出了越来越高的要求，世界各国一直在对高纯石英砂的生产技术及设备进行不懈的研发，以满足本国高新技术领域发展对高纯石英砂的需求。 

高温气固反应是高纯石英砂生产过程中最关键的工艺，气固反应效果直接影响高纯石英砂的品质。对石英砂进行高温气固反应，目的是为了去除石英在结晶生长过程中晶体内部包裹的流体杂质（即流体包裹体）以及晶格内部的金属元素杂质；用于去除石英中流体包裹体的方法一般为高温爆裂法，加热温度和加热时间直接影响流体杂质的去除程度；用于去除石英晶格中金属元素杂质的方法一般为高温下使石英与高活性气体发生反应（气固反应），加热温度、活性气体的种类和配比、气流量、气体与石英（砂）的接触程度、反应时间等因素都影响金属元素杂质的去除程度；对石英砂不进行高温气固反应，肯定是不可能获得稳定的高纯石英砂产品。为了获得合格的、品质稳定的高纯石英砂产品，科研人员一直在对石英砂高温气固反应的最佳方法及装置进行不懈的研究，并对获得的研发成果申请专利保护。 

赫罗伊斯石英玻璃有限公司（德国，共同申请人信越石英株式会社）申请的CN1146429A连续精制石英粉的方法专利，是在高温条件下，使石英粉在卧式转筒石英玻璃管的反应腔中与含氯气体接触而精制，该方法最大进行速度为20kg/h，建议速度为10kg/h。 

南京大学申请的CN200910262856.5生产高纯石英砂的方法与装置专利，是利用石英玻璃立式气化反应釜、在1000-1200°C下将石英砂与混合气体反应30-120min，同时去除石英砂中的流体杂质和元素杂质，混合气体由HCl与Cl₂气体组成。 

陈士斌申请的CN200620169077.2石英砂高温煅烧气化提纯装置专利，是利用立式反应釜在高温下将石英砂与反应气体发生气化反应，去除石英砂中的流体杂质和元素杂质。 

上述实用新型专利或实用新型专利，虽然都是针对高纯石英砂进行的高温气化反应的方法与装置，但所有专利中所使用的反应釜或反应器皿均是采用石英玻璃材质（陈士斌申请的CN200620169077.2专利中，虽然没有明确反应釜为石英玻璃材质，但专利中在反应釜顶部设有包在出气管和进料管外的水箱，这种复杂结构只有能通过焊接加工的玻璃制品才可能完成），石英玻璃制品的最大缺陷是不能长时间经历1150°C以上的高温，在长期的高温状态下，石英玻璃不但很容易发生析晶或失透现象，还可能引起石英玻璃制品产生蠕变，从而造成石英玻璃反应釜或反应器皿的损坏。 

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于设计提供一种高纯石英砂连续高温气固反应装置的技术方案，可以进行连续的高温气固反应，并将气固反应温度提高到1300°C以上，同时去除石英砂中的流体杂质和金属元素杂质，而气态物料与固态物料逆向流动使反应物料充分接触，极大地提高了气固反应效率及其反应效果。 

所述的高纯石英砂连续高温气固反应装置，其特征在于包括高温加热器，高温加热器内设置碳化硅反应器，碳化硅反应器腔体为气固反应室，碳化硅反应器顶部中心设置进料管、顶边部设置排气管，排气管与真空泵配合连接，碳化硅反应器底部设置出料管，碳化硅反应器下部侧壁设置进气管，气体配分器经进气管设置在气固反应室内底板上，气体配分器在气固反应室内的一端封闭，气体配分器下方沿延长方向设置1-5个排出气小孔，出气小孔与气固反应室底部连通。 

所述的高纯石英砂连续高温气固反应装置，其特征在于所述的高温加热器为管状结构，所述的碳化硅反应器为圆柱形结构，高温加热器管状的炉膛用于放置碳化硅反应器；所述的高温加热器包括由保温材料制成的管状炉膛，炉膛壁内设置发热体，所述的发热体为硅碳棒或硅钼棒。